CN104624693A - 一种双层金属板带或型材的双向挤压模具及挤压成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层金属板带或型材的双向挤压模具及挤压成型方法，双向挤压模具包括模具本体，模具本体的左、右两端分别具有一个坯料腔，模具本体的中部具有一个复合型腔，该复合型腔的两端分别与左、右两个坯料腔连通；模具本体上还具有一个成型腔，该成型腔的一端与复合型腔连通，另一端延伸至模具本体的外壁并形成一个出料口，该成型腔横截面的形状尺寸与所要加工的板带或型材的横截面形状尺寸相一致。本发明减少了金属坯料的组装环节，缩短了工艺流程；同时可细化晶粒，提高金属的力学性能，使两种金属相互渗透，提高接触面的结合力；另外可进行连续生产，适于双向挤压复合的金属多，而且生产成本低、效率高，易于实现大规模工业化生产。

Description

一种双层金属板带或型材的双向挤压模具及挤压成型方法

技术领域

本发明涉及一种层状金属复合材料的挤压模具和挤压成型方法，特别是涉及一种双层金属板带或型材的双向挤压模具及挤压成型方法。

背景技术

层状金属复合材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属在界面上实现牢固冶金结合而制备得到的一种新型复合材料。双层金属复合材料由两种金属复合而成，它具有两种金属的优良性能，能够发挥单一金属难以起到的作用。

双层金属复合材料常规的复合工艺主要有两种：一种是铸造，即在已有的金属板带或型材上浇注另一种金属液，另一种金属液在凝固后附着在已有的金属板带或型材上，从而形成双层金属板带或型材；另一种是摩擦焊，即在压力的作用下，通过对待焊界面的摩擦，使界面的温度升高达到热塑性状态，伴随着材料产生的塑性流变，通过界面的分子扩散和再结晶来实现两种金属板带或型材的焊接。然而，以上两种常规复合工艺均存在流程长、能耗大、生产率低的缺点。

在现有金属层状复合技术的基础上，开发与发展以低成本、高质量、生产过程短流程化的新复合技术显得尤为重要，因此目前出现了双层金属复合材料的挤压成型方法，传统双层金属复合材料的挤压成型方法是：将要复合的异种金属表面清理后组装成挤压坯，然后在适当温度、挤压比下进行挤压，在压力作用下使金属紧密接触并达到复合。传统挤压成型方法的缺点是：（1）增加了金属坯料的机械加工和组装环节，增加了工艺流程；（2）两种金属组合后一起进行加热，加热温度不好控制，容易出现温度不均匀的情况，温度不均匀会使挤压过程中金属的流动不均匀，导致板型变差甚至局部撕裂；（3）单向挤压要求大功率的挤压机，增加了购买挤压机的成本，而且不能连续化生产；（4）挤压过程中，两层金属之间的摩擦力小，焊合较差，这样导致的结果是一方面使挤压复合的材料受到限制，难以适用于焊合性能较差的金属材料，另一方面是由于两种金属的焊合较差使产品的质量无法保证，容易出现双层金属复合板材开裂；（5）仅能成形简单断面的板带或型材。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低成本、高质量、生产效率高的双层金属板带或型材的双向挤压模具及挤压成型方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种双层金属板带或型材的双向挤压模具，包括模具本体，所述模具本体的左、右两端分别具有一个坯料腔，模具本体的中部具有一个复合型腔，该复合型腔的两端分别与左、右两个坯料腔连通；模具本体上还具有一个成型腔，该成型腔的一端与复合型腔连通，另一端延伸至模具本体的外壁并形成一个出料口，并且该成型腔横截面的形状尺寸与所要加工的板带或型材的横截面形状尺寸相一致。

本发明的双向挤压模具的优点在于：

首先，本发明的双向挤压模具自身结构简单，生产成本低、易于推广应用。

其次，本模具采用双向挤压，两种金属不需要组合，减少了金属坯料的机械加工和组装环节，缩短工艺流程。

再次，本模具采用双向挤压，两种金属不需要组合，两种金属分开进行加热，加热温度能够准确控制，加热温度均匀，在加热过程中金属的流动均匀，不会出现局部撕裂的情况，板型的成型质量较好。

再次，本模具采用双向挤压，对挤压机的功率要求低，降低了购买挤压机的成本，并且双向挤压可以更好地细化晶粒，提高金属的力学性能，使两种金属相互渗透，提高接触面的接触力和结合力。

再次，采用本模具，可以进行连续化生产，同时还可以使各组元的厚度均匀，产品尺寸精确，性能稳定，适于双向挤压复合的金属多，而且生产成本低、效率高，易于实现大规模工业化生产，另外还能够成型各种断面的板带或型材。

一种利用上述双向挤压模具来挤压双层金属板带或型材的成型方法，包括如下步骤：

1）对两种不同的金属坯料进行表面清理，然后对两种金属坯料进行加热，加热后将两种不同的金属坯料分别放入左、右两个坯料腔内；

2）用左、右两根坯料杆分别对两种不同的金属坯料进行挤压，两种金属坯料在压力的作用下进入复合型腔，在复合型腔内复合后进入成型腔，经过成型腔成型后由出料口出料，得到所需要的双层金属板带或型材。

本发明的双向挤压成型方法的优点在于：

与传统的挤压成型方法相比，本发明的双向挤压成型方式可以减少金属坯料的组装环节，缩短工艺流程；同时由于两种金属分开进行加热，加热温度能够准确控制，加热温度均匀，在加热过程中金属的流动均匀，不会出现局部撕裂的情况，板型的成型质量较好；另外双向挤压对挤压机的功率要求低，降低了购买挤压机的成本，并且双向挤压可以更好地细化晶粒，提高金属的力学性能，使两种金属相互渗透，提高接触面的接触力和结合力；双向挤压可以进行连续化生产，可以使各组元的厚度均匀，产品尺寸精确，性能稳定，适于双向挤压复合的金属非常多，而且生产成本低、效率高，易于实现大规模工业化生产，另外还能够成型各种断面的板带或型材。

与常规复合工艺相比，本发明的双向挤压成型方式流程短，能耗低，生产率高。

附图说明    

图1为本发明实施例1的双向挤压模具的结构示意图；

图2为本发明实施例2的双向挤压模具的结构示意图；

图3为实施例2双向挤压模具的半剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

参见图1，一种双层金属板带或型材的双向挤压模具，包括模具本体3，模具本体3的形状可以是圆轴、方轴、阶梯轴等，本实施例的模具本体3为阶梯形圆轴，其两端的圆柱直径小于其中部的直径，并且其两端的圆柱与其中部之间通过圆台连接过渡；模具本体3左端的圆柱体内具有第一坯料腔2，模具本体3右端的圆柱体内具有第二坯料腔5，第一坯料腔2和第二坯料腔5的形状可以是圆轴形、方轴形、阶梯轴形等，本实施例的第一坯料腔2和第二坯料腔5都是圆轴形；模具本体3的中部内具有复合型腔4，复合型腔4的左、右两端分别通过一个圆台形的腔室与第一坯料腔2和第二坯料腔5连通；模具本体3的中部具有一个沿模具本体3的直径方向延伸的成型腔8，该成型腔8的一端与复合型腔4连通，另一端延伸至模具本体3的外壁并形成一个出料口，并且该成型腔8横截面的形状尺寸与所要加工的板带或型材的横截面形状尺寸相一致。

工作时，首先将两种需要复合的圆柱形金属坯料进行加热，加热至合适温度后，将两种圆柱形金属坯料分别放入第一坯料腔2和第二坯料腔5内，然后通过伸缩装置来控制位于左侧的第一挤压杆1和位于右侧的第二挤压杆7运动，第一挤压杆1和第二挤压杆7分别伸入第一坯料腔2和第二坯料腔5内并挤压两种金属坯料，两种金属坯料在压力的作用下进入复合型腔4，在复合型腔4内复合后进入成型腔8，成型腔8的横截面可以设计成方形以用于生产双层金属板带，也可以设计圆形以用于生产双层金属棒材，还可以设计成其它形状以生产各种不同形状的型材，本实施例的成型腔8的横截面设计成方形，因此本实施例的双向挤压模具适用于生产双层金属板带，双层金属板带在成型腔8内成型后由出料口出料。

当两种金属坯料进入复合型腔4时，第一挤压杆1和第二挤压杆7同时两种金属坯料产生一个挤压力，使得两层金属之间的摩擦力大，焊合效果好，这样一方面可以解决传统挤压成型方法难以适应焊合性能较差的缺陷，另一方面还可以细化晶粒，提高金属的力学性能，使两种金属相互渗透，提高接触面的接触力和结合力，保证产品质量。

实施例2

参见图2，一种双层金属板带或型材的双向挤压模具，包括模具本体3，模具本体3的形状为圆柱形，模具本体3的左端具有第一坯料腔2，模具本体3的右端具有第二坯料腔5，第一坯料腔2和第二坯料腔5为圆柱形；模具本体3的中部内具有一个沿模具本体3的轴线方向延伸的复合型腔4，复合型腔4的左、右两端分别与第一坯料腔2和第二坯料腔5连通；模具本体3的中部具有一个沿模具本体3直径方向延伸的成型腔8，成型腔8的一端与复合型腔4连通，构成T型腔室，成型腔8的另一端延伸至模具本体3的外壁并形成一个出料口，并且该成型腔8横截面的形状尺寸与所要加工的板带或型材的横截面形状尺寸相一致。本实施例的成型腔8的横截面为方形，适用于生产双层金属板带。

在本实施例中，第一坯料腔2和第二坯料腔5的直径为D，复合型腔4的厚度为d，D/d=100:1-2，成型腔8的厚度为1.8d，复合型腔4被成型腔8从中间分成两段，每段长度为2d，成型腔8的长度为4d。两种金属坯料在由坯料腔进入复合型腔4时发生第一次塑性变形，两种金属坯料挤压复合后进入成型腔8时发生第二次塑性变形，使两种金属坯料在较大的塑性变形后紧密结合，以达到细化晶粒和提高金属力学性能的目的。

复合型腔4与成型腔8的连接部位具有圆弧过渡，第一坯料腔2和第二坯料腔5与复合型腔4的连接部位具有半径为r的圆弧过渡，在双向挤压的过程中，两种金属坯料能够平滑地流动，避免在挤压过程中产生裂纹。

实施例3

一种双层金属板带或型材的成型方法，包括如下步骤：

1）对两种不同的金属坯料进行表面清理，表面清理主要是出去金属表面的油脂和氧化皮等，然后将两种金属坯料分别放入加热炉进行加热，加热到合适温度后，将两种金属坯料分别放入第一坯料腔2和第二坯料腔5内；本实施例的两种不同金属分别为镁合金和铝合金，其中，镁合金加热至300℃，铝合金加热至350℃；

2）通过伸缩装置控制第一挤压杆1和第二挤压杆7运动，第一挤压杆1和第二挤压杆7将两种不同金属坯料推入复合型腔4，在压力的作用下，两种金属坯料复合，复合后的双层金属坯料在压力的作用下进入成型腔8，经成型腔8成型后由出料口出料，得到双层金属板带或型材A。

实施例4

一种双层金属板带或型材的成型方法，包括如下步骤：

1）对镁合金金属坯料和铝合金金属坯料进行表面清理，然后将两种金属坯料分别放入加热炉进行加热，其中，镁合金加热至400℃，铝合金加热至450℃，加热后将两种金属坯料分别放入第一坯料腔2和第二坯料腔5内；

2）：通过伸缩装置控制第一挤压杆1和第二挤压杆7运动，第一挤压杆1和第二挤压杆7将两种不同金属坯料推入复合型腔4，在压力的作用下，两种金属坯料复合，复合后的双层金属坯料在压力的作用下进入成型腔8，经成型腔8成型后由出料口出料，得到双层金属板带或型材B。

实施例5

一种双层金属板带或型材的成型方法，包括如下步骤：

1）对镁合金金属坯料和铝合金金属坯料进行表面清理，然后将两种金属坯料分别放入加热炉进行加热，其中，镁合金加热至450℃，铝合金加热至550℃，加热后将两种金属坯料分别放入第一坯料腔2和第二坯料腔5内；

2）：通过伸缩装置控制第一挤压杆1和第二挤压杆7运动，第一挤压杆1和第二挤压杆7将两种不同金属坯料推入复合型腔4，在压力的作用下，两种金属坯料复合，复合后的双层金属坯料在压力的作用下进入成型腔8，经成型腔8成型后由出料口出料，得到双层金属板带或型材C。

采用实施例3、实施例4和实施例5的挤压成型方法减少了金属坯料的组装环节，缩短了工艺流程，同时由于采用双向挤压，两层金属之间的摩擦力大，焊合效果好，解决了挤压材料范围受限的问题，另外采用双向挤压还可以细化晶粒，提高金属的力学性能，使两种金属相互渗漏而以提高接触面的接触力，保证了产品的重量，经过实践证明，采用本发明的挤压方法转角剪切的作用晶粒由原来的100微米细化到1微米，双层金属板带或型材在复合同时提高力学性能，塑性提高30%，强度提高40%。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种双层金属板带或型材的双向挤压模具，其特征在于，包括模具本体，所述模具本体的左、右两端分别具有一个坯料腔，模具本体的中部具有一个复合型腔，该复合型腔的两端分别与左、右两个坯料腔连通；模具本体上还具有一个成型腔，该成型腔的一端与复合型腔连通，另一端延伸至模具本体的外壁并形成一个出料口，并且该成型腔横截面的形状尺寸与所要加工的板带或型材的横截面形状尺寸相一致。

2.根据权利要求1所述的双层金属复合材料的双向挤压模具，其特征在于，所述复合型腔与成型腔的连接部位具有圆弧过渡。

3.根据权利要求1所述的双层金属复合材料的双向挤压模具，其特征在于，所述复合型腔与坯料腔的连接部位具有圆弧过渡。

4.一种利用权利要求1-3中任一项所述的双向挤压模具来挤压双层金属板带或型材的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）对两种不同的金属坯料进行表面清理，然后对两种金属坯料进行加热，加热后将两种不同的金属坯料分别放入左、右两个坯料腔内；

2）用左、右两根坯料杆分别对两种不同的金属坯料进行挤压，两种金属坯料在压力的作用下进入复合型腔，在复合型腔内复合后进入成型腔，经过成型腔成型后由出料口出料，得到所需要的双层金属板带或型材。

5.根据权利要求4所述的挤压成型方法，其特征在于，所述的两种金属坯料分别为镁合金和铝合金，镁合金的加热温度为300-450℃，铝合金加热为350-550℃。